최근 2차원 나노 물질을 응용하여 수처리 막의 성능을 향상시킬 수 있는가에 대한 연구가 활발하다. 그 노력의 한 가운데에 원자 두께를 가지고 있으면서 손쉽게 구할 수 있고 층으로 쌓을 수도 있는 2차원 물질인 그래핀이 자리하고 있다. 이 총설에서 우리는 그래핀으로부터 만들 수 있는 두 가지 막 구조에 관한 기초 물질 전달 현상을 최근 연구 성과를 중심으 로 다룬다. 그 물질 자체로 이미 물질 전달 차단성을 갖는 그래핀에 정확히 제어된 크기의 구멍을 뚫을 수 있다면 아마도 원 자 크기 수준으로 얇은 두께 때문에 그래핀 막은 같은 기공 크기의 어느 막보다도 빠른 궁극적 투과도를 나타낼 것이며, 이 로부터 선택도를 담보할 수 있다면 다양한 막 분리 공정에 적용할 수 있을 것이다. 그 한 예로, 나노미터 이하의 기공을 가정 한 초박막 침투성 그래핀 막에 대한 분자동역학 연구와 몇몇 초기 실험 결과들이 해수담수화 막으로서의 가능성을 보인 점은 주목할 만하다. 그래핀 물질로부터 다른 구성을 가진 막을 설계할 수 있는데, 이 막은 적당히 산화된 그래핀 마이크로 판들을 무작위로 적층함으로써 구현할 수 있다. 그래핀 판 적층 간격을 나노미터 이하로 쉽게 제어할 수 있기 때문에 이 구조 역시 수처리 및 해수담수화 막으로서의 가능성을 시사한다. 기존 막기술에 존재하지 않던 구조와 물질 전달 성질을 가짐으로써 두 종류의 그래핀 막은 앞으로 수처리 기술을 비롯한 다양한 막 기술의 응용분야에서 효과적으로 기여할 가능성이 충분하다.

A comparative investigation of structure and performance between integrally asymmetric (IA) and thin film composite (TFC) FO membranes has been conducted. The TFC membranes showed superior water flux than IA CTA-based membranes, especially at alkaline feed and draw solutions. However, AFM results displayed smoother surfaces, resulting in the lower fouling propensity of the IA membranes than the polyamide TFC membranes. XPS data revealed lower oxygen atomic content and higher negatively charge of the active layer and higher fouling tendency of the TFC TCK membrane than the TFC HTI membrane. The TCK membrane prepared on a woven substrate served as a promising membrane for FO. This study suggests that desirable FO membranes require the TCK membrane-like open and thin structure as well as the enhancement of antifouling resistance.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생되는 희소금속 및 유가금속 회수를 위한 나노여과막으로 도레이 케미칼에서 생산되는 NE40, 70, 90을 선정하였으며, 습식 제련 공정을 모사하기 위해 황산 15% 용액에 침지하여 시간에 따라 표면 특성을 분석하였다. 황산 노출 전/후의 표면 특성 분석을 위해, 주사전자현미경(SEM), 원자간력현미경 (AFM), 감쇠전반사-푸리에변환 적외선분광기 (ATR-FTIR), 광전자분광기 (XPS)를 이용하여 분석하였다. 이를 바탕으로 Piperazine 기반의 NE40, 70의 분리막이 m-Phenylenediamine (MPD) 기반의 NE90 분리막과 비교하여 산에 대한 영향이 많음을 알 수 있었으며, 내산성을 가지는 분리막을 위해 MPD 기반의 분리막이 유리함을 보여주었다.